传输原理教案(第1章)流体

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1、1第一篇第一篇 动量传输动量传输本篇学习和研究的内容：本篇学习和研究的内容： 动量传输起因，以及对热量、质量传输的影响：动量传输起因，以及对热量、质量传输的影响：（1）流体内部不同部位的质点或集团的）流体内部不同部位的质点或集团的流动速度不一致流动速度不一致。（2）流动速度的不一致，必然导致动量分布不均匀。属于）流动速度的不一致，必然导致动量分布不均匀。属于不不平衡态平衡态，必然发生动量的交换或传递过程。，必然发生动量的交换或传递过程。（3）这样的动量传递，就会影响到热量和质量的传输过程。）这样的动量传递，就会影响到热量和质量的传输过程。2第一篇第一篇 动量传输动量传输3第一篇第一篇 动量传输

2、动量传输 第第0章章 一、流体力学：一、流体力学： 流体力学流体力学是研究流体机械运动规律及其应用的科学，是力学的一个重要分支。二、流体力学研究的对象二、流体力学研究的对象液体和气体。4第一篇第一篇 动量传输动量传输 第第0章章 三、流体力学发展简史三、流体力学发展简史第一阶段第一阶段（16世纪以前）世纪以前）：流体力学形成的萌芽阶：流体力学形成的萌芽阶段段第二阶段第二阶段（16世纪文艺复兴以后世纪文艺复兴以后-18世纪中叶）：世纪中叶）：流流体力学成为一门独立学科的基础阶段体力学成为一门独立学科的基础阶段第三阶段第三阶段（18世纪中叶世纪中叶-19世纪末）世纪末）流体力学沿着两流体力学沿着两

3、个方向发展个方向发展欧拉、伯努利欧拉、伯努利第四阶段第四阶段（19世纪末以来）世纪末以来）流体力学飞跃发展流体力学飞跃发展5第一篇第一篇 动量传输动量传输 第第0章章 第一阶段（第一阶段（16世纪以前）：流体力学形成的萌芽阶世纪以前）：流体力学形成的萌芽阶段段公元前公元前2286年公元前年公元前2278年年 大禹治水大禹治水疏壅导滞（洪水归于河）疏壅导滞（洪水归于河）公元前公元前300多年多年 李冰都江堰深淘滩，低作堰公元公元584年公元年公元610年年隋朝：南北大运河、船闸应用。隋朝：南北大运河、船闸应用。埃及、巴比伦、罗马、希腊、印度等地水利、造船、航海产业发展。埃及、巴比伦、罗马、希腊、

4、印度等地水利、造船、航海产业发展。系统研究系统研究古希腊哲学家阿基米德古希腊哲学家阿基米德论浮体论浮体（公元前（公元前250年）奠定了流体静力学年）奠定了流体静力学的基础。的基础。6第一篇第一篇 动量传输动量传输 第第0章章 7第一篇第一篇 动量传输动量传输 第第0章章 第二阶段（第二阶段（16世纪文艺复兴以后世纪文艺复兴以后-18世纪中叶）世纪中叶）流体力学成为一门独立学科的基础阶段流体力学成为一门独立学科的基础阶段1586年斯蒂芬年斯蒂芬水静力学原理水静力学原理1650年帕斯卡年帕斯卡“帕斯卡原理帕斯卡原理”1612年伽利略年伽利略物体沉浮的基本原理物体沉浮的基本原理1686年牛顿年牛顿牛

5、顿内摩擦定律牛顿内摩擦定律1738年伯努利年伯努利理想流体的运动方程即理想流体的运动方程即伯努利方程伯努利方程1775年欧拉年欧拉理想流体的运动方程即理想流体的运动方程即欧拉运动微分方程欧拉运动微分方程8第一篇第一篇 动量传输动量传输 第第0章章 第三阶段（第三阶段（18世纪中叶世纪中叶-19世纪末）流体力学沿着两世纪末）流体力学沿着两个方向发展个方向发展欧拉（理论）、伯努利（实验）欧拉（理论）、伯努利（实验）工程技术快速发展，提出很多经验公式：工程技术快速发展，提出很多经验公式：1769年法国的谢才年法国的谢才(Chzy formula)谢才公式（计算流速、流量）谢才公式（计算流速、流量）1

6、895年曼宁（年曼宁（R.Manning ）曼宁公式（计算谢才系数）曼宁公式（计算谢才系数）1732年比托年比托比托管（测流速）比托管（测流速）1797年文丘里年文丘里文丘里管（测流量）文丘里管（测流量）理论上：理论上：1823年纳维，年纳维，1845年斯托克斯分别提出粘性流体运动方程组（年斯托克斯分别提出粘性流体运动方程组（N-S方方程）程）9飞跃飞跃2：流体力学流体力学与相关的邻近学科相互渗透，形成很多与相关的邻近学科相互渗透，形成很多新分支和交叉学科。新分支和交叉学科。第一篇第一篇 动量传输动量传输 第第0章章 第四阶段（第四阶段（19世纪末以来）流体力学飞跃发展世纪末以来）流体力学飞跃

7、发展飞跃飞跃1：理论分析与试验研究相结合：理论分析与试验研究相结合量纲分析和相似性原理起重要作用量纲分析和相似性原理起重要作用1883年雷诺年雷诺雷诺实验（判断流态）雷诺实验（判断流态）1903年普朗特年普朗特边界层概念（绕流运动）边界层概念（绕流运动）1933-1934年尼古拉兹年尼古拉兹尼古拉兹实验（确定阻力系数）尼古拉兹实验（确定阻力系数）10第一篇第一篇 动量传输动量传输 第第0章章 理论分析方法理论分析方法 + 实验方法实验方法 + 数值方法相互配合数值方法相互配合 1、理论研究方法、理论研究方法 力学模型力学模型物理基本定律物理基本定律求解数学方程求解数学方程分析和揭示分析和揭示本

8、质和规律本质和规律2、实验方法、实验方法 相似理论相似理论模型实验装置模型实验装置3、数值方法、数值方法 计算机数值方法是现代分析手段中发展最快的方法之一计算机数值方法是现代分析手段中发展最快的方法之一11第一篇第一篇 动量传输动量传输 第第1章章 流体及其流动流体及其流动 1.1 流体的特性流体的特性 1.1 流体的特性流体的特性（1）流体（）流体（概念：概念：（2）流体包括：）流体包括：（3）流体的力学性质（与固体比较）：）流体的力学性质（与固体比较）：12第一篇第一篇 动量传输动量传输 第第1章章 流体及其流动流体及其流动 1.1 流体的特性流体的特性 （4）气体和液体的区别：）气体和液

9、体的区别：微观上的区别：微观上的区别：宏观上的区别：宏观上的区别：（A）分子间距不同）分子间距不同气体分子间距离大约气体分子间距离大约是分子直径的是分子直径的10倍倍，除相互碰撞或与器壁碰撞外，气体分子不，除相互碰撞或与器壁碰撞外，气体分子不受力的作用，在空间自由移动。液体分子间距比较小。受力的作用，在空间自由移动。液体分子间距比较小。（B） 13第一篇第一篇 动量传输动量传输 第第1章章 流体及其流动流体及其流动 1.1 流体的特性流体的特性 5、流体力学的模型、流体力学的模型14第一篇第一篇 动量传输动量传输 第第1章章 流体及其流动流体及其流动 1.1 流体的特性流体的特性 1.1.1

10、流体的连续介质模型介绍流体的连续介质模型介绍 （p4） （3）15第一篇第一篇 动量传输动量传输 第第1章章 流体及其流动流体及其流动 1.1 流体的特性流体的特性 （2）假设假设流体质点之间流体质点之间没有空隙没有空隙。即把流体看成占有一定。即把流体看成占有一定空间的无限多个流体微团（质点）组成的密集无间隙的连续空间的无限多个流体微团（质点）组成的密集无间隙的连续介质。介质。（3）反映宏观流体的）反映宏观流体的物理量物理量也是空间坐标的连续函数。也是空间坐标的连续函数。 （密度、压力、粘度、流速密度、压力、粘度、流速等等等等）16dV: 缩小的体积（缩小的体积（m3） V: 液体原体积（液体

11、原体积（m3）；）；dp: 液体受压的增加值（液体受压的增加值（Pa）前面加负号，可以保证前面加负号，可以保证k为正值。为正值。或者表示为：或者表示为：第一篇第一篇 动量传输动量传输 第第1章章 流体及其流动流体及其流动 1.1 流体的特性流体的特性 压缩性压缩性17选择选择 0 时，时，0.5MPa的水，查上表得的水，查上表得5.39当压力增大当压力增大0.1MPa，则：，则：此时体积的减小只有约此时体积的减小只有约万分之万分之0.539因此工程上可以认为水不可压缩。因此工程上可以认为水不可压缩。第一篇第一篇 动量传输动量传输 第第1章章 流体及其流动流体及其流动 1.1 流体的特性流体的特